Verfahren und Einrichtung zum Minimieren von Fehlern bei der digitalen Verarbeitung von elektrischen Signalen

Abstract

 Verfahren und Einrichtung zum Minimieren von Fehlern bei der digitalen Verarbeitung elektrischer Signale, wobei ein digitales Eingangssignal in ein digitales Nutzsignal niedrigerer Auflösung als das Eingangssignal und in ein digitales Fehlersignal niedrigerer Auflösung als das Eingangssignal, welches die Abweichung des Nutzsignals vom Eingangssignal wiedergibt, zerlegt und geprüft wird, ob der Summenfehlervon mehreren aufeinanderfolgenden Nutzsignalwerten jeweils einen vorgegebenen oberen oder unteren Schwellwert überschreitet, und im Falle, daß ein Schwellwert überschritten wird, derjenige Fehlerwert des Nutzsignals ermittelt wird, der diesem Schwellwert am nächsten kommt und das Nutzsignal und das Fehlersignal dieses Signalwertes derart korrigiert werden, daß der Summenfehler wieder den Schwellwert unterschrietet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Minimieren von Fehlern bei der digitalen Verarbeitung von elektrischen Signalen, insbesondere zur Filterung von Folgen oder Gruppen rauschbehafteter Signale, die digital weiterverarbeitet werden, wobei die durch die Digitalstufen erzeugten Störungen minimiert werden.

[0002] Es sind bereits Filter zum Beseitigen irrelevanter Informationen bzw. Störungen bekannt, die z. B. in folgendem Fall eingesetzt werden. Will man beispielsweise einen Ereignisraum X aufzeichnen und stellt fest, daß der statt dessen erfaßte und abgebildete Ereignisraum Y sich mindestens teilweise vom Ereignisraum X unterscheidet, so sind zwei Typen von Störungen ausschlaggebend.

[0003] Zum ersten können bei der Erfassung des Ereignisraumes X, der aus einer Anzahl unterscheidbarer Ereignisse x_i besteht, außer dessen Ereignissen x_i auch zufällige Störungen registriert werden, die sich den Ereignissen x_i überlagern. Anstatt des Ereignisraumes X liegt nach der Erfassung bereits der gestörte Ereignisraum X^* vor.

[0004] Eine Gruppe von identischen Ereignissen x_i des Ereignisraumes X hat, isoliert von den übrigen Ereignissen dieses Raumes.betrachtet, keinen Informationsgehalt, weil sich diese Ereignisse voneinander nicht unterscheiden. Überlagern sich dieser Gruppe identischer Ereignisse jedoch zufällig Störereignisse, so wächst der Informationsgehalt der Gruppe infolge der Störungen, und so entstehen aus ihr unterscheidbare Ereignisse x_j*. Entsprechend ist auch die Anzahl der insgesamt unterscheidbaren Ereignisse im gestörten Ereignisraum X^* größer als im Ereignisraum X. Zum zweiten können bei der Abbildung des gestörten Ereignisraumes _X^* im Ereignisraum Y weitere Störungen dadurch entstehen, daß die Anzahl der im Ereignisraum X unterscheidbaren Ereignisse _Yk aus physikalischen oder wirtschaftlichen Gründen begrenzt ist. Die erfaßten Ereignisse x_.^* des gestörten Ereignisraumes X^* werden in den Ereignissen y_k des Ereignisraumes Y abgebildet. Normalerweise ist die Anzahl der unterscheidbaren Ereignisse im abgebildeten Ereignisraum Y dann wieder kleiner als im erfaßten gestörten Ereignisraum X^*. Daher werden die im Ereignisraum X^* enthaltenen Störungen im Ereignisraum Y teilweise verstärkt und nur teilweise unterdrückt. Die vorher im Idealfall meist noch statistisch verteilten Störereignisse verlieren dadurch weitgehend ihre statistische Verteilung.

[0005] In vielen Anwendungsfällen sind die Ereignisse _Yk des abgebildeten Ereignisraumes Y digitale Daten; die Anzahl der Digitalstufen ist zugleich die Anzahl der unterscheidbaren Ereignisse.

[0006] Insbesondere bei der Aufzeichnung von Folgen oder Gruppen rauschbehafteter Signale durch digitale Daten können die bei der Aufzeichnung entstehenden Störungen sich zufällig akkumulieren. Diese Akkumulationen erstrecken sich normalerweise nur über kleine Aufzeichnungsbereiche. Sie wirken jedoch in der Praxis, z. B. in der Bildverarbeitung, wesentlich störender als einzelne zufällige Aufzeichnungsfehler..

[0007] Daher besteht die Aufgabe, die durch die Digitalisierung verursachten Aufzeichnungsfehler durch ein entsprechendes Filter möglichst klein zu halten und den maximal entstehbaren Aufzeichnungsfehler sicher zu begrenzen.

[0008] Hierzu ist es bekannt, den Ereignisraum Y mit so vielen Ereignissen, z. B. Digitalstufen, auszustatten, daß die Aufzeichnungsfehler weitgehend, aber nicht sicher, vermeidbar sind. Dies ist jedoch häufig physikalisch nicht ausreichend möglich oder einfach unwirtschaftlich.

[0009] Darüber hinaus sind aus dem Bereich der digitalen Bildverarbeitung einige Verfahren zur Filterung von Bilddaten bekannt, die aus verrauschten Bilddaten die jeweils gewünschte Information ausfiltern, wobei die gewünschte Information durch spezifische Merkmale charakterisiert ist (z. B. Informatik Fachbereiche Nr. 20, DAGM Symposium Karlsruhe, Springer Verlag 1979). Es sind auch Verfahren zur Reduzierung der bei der digitalen Bildverarbeitung entstehenden Digitalisierungsfehler bekannt, die die Aufzeichnungsfehler der einzelnen Bildpunkte aufsummieren und bei Überschreiten einer Grenzfehlerschwelle eine Korrektur an einzelnen Bildpunkten einleiten. Das Aufsummieren der Aufzeichnungsfehler erfolgt dabei entlang einer Linie, die entweder zur zeilenweisen Bildabtastung dient (DE-OS 23 63 460, DE-OS 28 12 821) oder die einem Bildausschnitt entsprechende Matrix von Abtastpunkten zeilenweise durchläuft ("MECCA" Habilitationsschrift von Peter Stucki an der Rechts- und Staatswissenschaftl. Fakultät der Universität Zürich 1981).

[0010] Weiterhin sind Verfahren bekannt, um Bildteile gleichen oder etwa gleichen Tonwerts innerhalb von Bildausschnitten digital wiederzugeben (DE-OS 29 31 098, EP-OS 0 074 422).

Kritik des Standes der Technik:

[0011] Die einzelnen Verfahren zur Filterung und Vermeidung von Aufzeichnungsfehlern sind jedoch nicht aufeinander abgestimmt und auch kaum miteinander vereinbar. Dies führt z. B. dazu, daß die digitale Bildwiedergabe in der Regel entweder ohne Filter und nur mit Korrektur von Aufzeichnungsfehlern entlang einer Bildlinie ausgeführt wird oder aus den Bilddaten nur spezielle Informationen, z. B. Kanten, ausgefiltert werden. In beiden Fällen können erhebliche und daher z. B. visuell wahrnehmbare Aufzeichnungsfehler entstehen.

[0012] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die durch die Zuordnung im digital aufgezeichneten Ereignisraum Y verursachten Störungen so weit zu reduzieren, daß eine möglichst kleine Auswahl von Ereignissen _Yk zur Aufzeichnung der zugehörigen gestörten Ereignisse x_j^* mit einer gewünschten Genauigkeit ausreicht.

[0013] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die bei der Abtastung entstehenden Signale zunächst direkt für jeden Abtastpunkt entsprechend der gewünschten Genauigkeit digital aufgezeichnet werden und eine mögliche Akkumulation der durch die Digitalisierung verursachten Störungen verhindert wird, indem

- der durch die Digitalisierung entstandene Aufzeichnungsfehler für jeden Abtastpunkt gespeichert wird und

- zeitlich oder örtlich benachbarte Abtastpunkte zu Abtastzonen zusammengefaßt werden, deren mittleres Abtastsignal gebildet und digitalisiert wird, wobei diesen Abtastzonen entsprechend der Zusammenfassung mehr Digitalstufen zugeordnet sind, und

- die für die einzelnen Abtastpunkte zunächst aufgezeichneten Dichtestufen gegebenenfalls geändert werden, damit die Digitalstufen der Abtastzonen entsprechend der gewünschten Aufzeichnungsgenauigkeit mit deren mittleren Abtastsignalen übereinstimmen, und

- benachbarte Abtastzonen zu Abtastbereichen zusammengefaßt werden und die oben beschriebene Korrektur für die Abtastbereiche durchgeführt wird, und

- das durch.schrittweises Zusammenfassen und zugehöriges Korrigieren entstehende Iterationsverfahren dann abgebrochen wird, wenn die gewünschte Aufzeichnungsgenauigkeit innerhalb des durch die Zusammenfassungen entstandenen Korrekturbereiches eingehalten wird.

[0014] Eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Patentanspruch 13 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 12 sowie 14 bis 16.

[0015] Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das erfindungsgemäße Filterverfahren das Auftreten akkumulierter _Aufzeichnungsfehler verhindert. Der maximal verbleibende Aufzeichnungsfehler ist definiert und kann zur Bestimmung derjenigen Digitalstufenanzahl, die zum Erzielen der gewünschten Aufzeichnungsgenauigkeit notwendig ist, benutzt werden. Weitere erzielbare Vorteile bestehen insbesondere auch darin, daß z. B. die Bildsignale nur dann gefiltert werden, wenn sie ungefiltert nicht störungsfrei digital aufgezeichnet werden können, und daß sie andernfalls auch nur soweit gefiltert werden, daß ihr Aufzeichnungsfehler bis auf den durch die Digitalstufen vorgegebenen Restfehler beseitigt ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das erfindungsgemäße Filterverfahren dem visuellen Wahrnehmungssinn weitgehend nachempfunden ist, so daß eine gute Akzeptanz zu erwarten ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele:

[0016] 

Beispielhafte Ausführungsformen und Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung werden im folgenden anhand der Figuren 1-21 näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. l Ein Blockschaltbild zur Einordnung der erfindungs-, gemäßen Einrichtung in den Reproduktionsprozeß.

Fig. 2 Ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Fig. 3 Ein Anwendungsbeispiel für die einstufige Filterung gemäß Fig. 2 von Daten eines zweidimensionalen Datenrasters.

Fig. 4 Ein Anwendungsbeispiel für die zweistufige Filterung gemäß Fig. 2 von Daten eines zweidimensionalen Datenrasters.

Fig. 5a Ein Anwendungsbeispiel für die vierstufige und 5b Filterung gemäß Fig. 2 von Daten eines eindimensionalen Datenrasters.

Fig. 6 Ein Anwendungsbeispiel für die einstufige Filterung gemäß Fig. 2 von Daten eines dreidimensionalen Datenrasters.

Fig. 7 Ein Anwendungsbeispiel für die zweistufige Filterung gemäß Fig. 2 von Daten eines zweidimensionalen Datenbereiches.

Fig. 8 Eine erste vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß Fig. 2.

Fig. 9 Ein Anwendungsbeispiel für die zweistufige Filterung gemäß Fig. 8 von Daten eines zweidimensionalen Datenbereiches.

Fig. 10 Eine zweite vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß Fig. 2.

Fig. 11 Ein Blockschaltbild zur Einordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung in den heute praxisüblichen Reproduktionsablauf.

Fig. 12 Ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 13 Ein Beispiel eines Digitalumformers.

Fig. 14a Eine detaillierte Darstellung des Digital-und 14b umformers der Fig. 13.

Fig. 15 Ein Beispiel für eine Zwischenspeichereinrichtung.

Fig. 16 Ein detaillierterer Aufbau der Einrichtung gemäß Fig. 15.

Fig. 17 Ein Beispiel für eine Korrektureinrichtung gemäß Fig. 12.

Fig. 18 Eine detailliertere Darstellung einer Baugruppe der Korrektureinrichtung gemäß Fig. 17.

Fig. 19 Eine detailliertere Darstellung einer weiteren Baugruppe der Korrektureinrichtung gemäß Fig. 17.

Fig. 20 Eine detailliertere Darstellung einer weiteren Baugruppe der Korrektureinrichtung gemäß Fig. 17 und

Fig. 21 Ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung.

[0017] Figur 1 zeigt ein Beispiel zur Anwendung des erfindungsgemäßen Filters, Digitalstufenfilter genannt, im Reproduktionsprozeß. Die Dichtewerte des Bildoriginals werden in der Abtasteinheit 10 abgetastet und eventuell auch aufbereitet, so daß die Ausgangssignale der Abtasteinheit den gewünschten Dichtestufen entsprechen. Als Abtasteinheitkönnen z. B. die bekannten Scanner zur Anwendung kommen, welche teilweise Farb- und Korrekturrechner sowie Analog-Digitalwandler aufweisen. Als Abtasteinheit kann jedoch ebenso gut eine Fernsehkamera oder ein anderer optischelektronischer Wandler dienen, und das Ausgangssignal der Abtasteinheit kann anlalog oder digital vorliegen.

[0018] Die Abtasteinheit 10 kann mit einem Zwischenspeicher 11 verbunden sein, der seinerseits mit dem erfindungsgemäßen Digitalstufenfilter 13 sowie einem Steuerrechner 12 verbunden sein kann, wobei der Steuerrechner den Datentransport steuert und selbst eine Eingabemöglichkeit zum Verändern der Bilddaten aufweisen kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist jedoch auch ohne Zwischenspeicher und Steuerrechner verwendbar, wenn in einer entsprechenden Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ihr Eingang an den Ausgang der Abtasteinheit angepaßt ist.

[0019] Das erfindungsgemäße Digitalstufenfilter 13 ist mit einem Aufzeichnungsrechner 14 verbunden, der z. B. eine der Digitalstufe entsprechende Verteilung oder Anordnung zu belichtender oder zu bedruckender Elementarflächen aus einem Speicher abrufen oder selbst berechnen kann.

[0020] Die Verteilung wird anschließend auf einen Zwischenspeicher 15 übertragen. Der Zwischenspeicher hat jedoch zur Einordnung der Erfindung keinen direkten Bezug und kann bei Belieben entfallen.

[0021] Die Baugruppen 11 bis 15 können in bekannter Weise zu einem Arbeitsplatz zusammengefaßt werden, z. B. System CHROMACOM der Firma Dr. Hell GmbH, Kiel, Germany.

[0022] Dem Zwischenspeicher 15 schließt sich in bekannter Weise noch eine Aufzeichnungseinheit 16 an. Als Aufzeichnungseinheit kann in der beispielhaften Anordnung jedes Gerät dienen, das eine zweidimensionale Datenaufzeichnung in digitaler Form gestattet, z. B. ein Scanner oder ein Drucker oder ein Monitor.

[0023] Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild einer einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung.

[0024] Die einem Abtastbereich entsprechenden Dichtewerte werden einem Zwischenspeicher oder einer Abtasteinheit direkt entnommen und dem Digitalumformer 21 zugeführt. Dieser berechnet für jeden Bildpunkt aus dem Abtastsignal die Digitalstufe, die der aufzeichnungsseitigen Dichtestufe entspricht, und den Fehler, um den die Digitalstufe vom Abtastsignal abweicht. Der Digitalumformer kann einen Analog-Digital-Wandler enthalten, falls die Bilddaten in analoger Form in den Dichtestufenrechner gelangen, und besteht dann im übrigen aus einem Digitalrechner oder er besteht zunächst aus einem Analogrechner, und seine Ausgangssignale werden anschließend erst digitalisiert. Hierzu folgendes Beispiel: Die Dichtewerte des Zwischenspeichers 11 in Fig. 1 können z. B. digitalisiert sein mit 8 bit Auflösung, d. h. in 256 Stufen, und die Abtastung kann z. B. in Quadraten mit 125 /um Kantenlänge entsprechend einem Rasterquadrat eines Punktrasters mit der _{Rasterlinienzahl} r _{= 80} Linien erfolgt sein. Die z cm Fläche der sehr kleinen druckenden Punkte betrage in der Reproduktion z. B. 30 x 30 /um², so daß also 16 Dichtestufen je Abtastpunkt wiedergegeben werden können. Die Dichtstufe eines Abtastpunktes betrage z. B. 139. Aufgabe des Digitalumformers ist nun die Berechnung der reproduktionsseitigen Dichtestufe und des zugehörigen Fehlers für jeden Aufzeichnungspunkt.

[0025] Die reproduktionsseitige Dichtestufe D_R ergibt sich aus den möglichen Dichtestufen der Abtastung (0, 1, 2, .... 255) und der Reproduktion (0, 1, 2, .... 16) und aus dem Abtastwert z. B. zu

[0026] Als Fehlersignal kann z. B. der relative Fehler zu

berechnet werden oder ein ihm entsprechender Absolutfehler F_A

Wie man sieht, ist die dem Abtastwert 139 nächstliegende reproduktionsseitige Dichtestufe 9, die jedoch dem Abtastwert 9 x 16 = 144 entsprechen würde. Der Absolutfehler F_A gibt also an, daß der Abtastwert 139 nur um den Absolutfehler +5 verfälscht reproduziert werden kann:

[0027] Der Absolutfehler kann im gewählten Beispiel Werte von -7, -6, ... 0,1 ... 6, 7, 8 annehmen.

[0028] Die Berechnung der reproduktionsseitigen Dichtestufe und des zugehörigen Fehlers kann auch entsprechend einer Kennlinie, z. B. der reproduktionsseitigen Dichtekennlinie (Dichte als Funktion des Flächendeckungsgrades bei der gewählten Punktgröße), oder mit Hilfe eines Speichers, aus dem die der gewünschten Dichtestufe entsprechende reproduktionsseitige Dichtestufe abgerufen wird, erfolgen.

[0029] Vom Fehlerspeicher 23 gelangen die Fehlersignale zu einem Korrekturrechner 24, der den Akkumulationsfehler mehrerer Abtastpunkte (z. B. 9) berechnet und die im Dichtestufenspeicher gespeicherten Dichtestufen so lange verändert, bis der Akkumulationsfehler ausreichend klein, d. h. innerhalb der gewünscbten Aufzeichnungsgenauigkeit ist. In diesem Fall sind auf der entsprechenden Reproduktionsfläche 9 x 16 = 144 Dichtestufen reproduzierbar und der Akkumulationsfehler beträgt höchstens eine halbe Dichtestufe, also 1 288 Dichtestufe (entspricht 0,34

[0030] Liegt der Akkumulationsfehler des Abtastbereiches außerhalb des für den einzelnen Abtastpunkt beschriebenen Fehlerbereiches, so ist eine Korrektur, die einer Tiefpaßfilterung entspricht, durchführbar. Das Korrekturverfahren wird anhand einiger im folgenden aufgeführten Figuren näher erläutert.

[0031] Wenn der Akkumulationsfehler ausreichend reduziert ist, werden die im Dichtestufenspeicher 22 in Fig. 2 gespeicherten digitalen Bilddaten z. B. an den Aufzeichnungsrechner 14 in Fig. 1 übergeben.

[0032] Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Filterverfahren. Die bei der Abtastung gewonnenen Dichtewerte eines Abtastbereiches sind in der Matrix 31 zusammengestellt, aus der zunächst die zugehörige Dichtestufenmatrix 32a und die Fehlermatrix 32b und schließlich der Akkumulationsfehler des Abtastbereiches 32c berechnet werden, so daß mit einer einstufigen Korrektur die Dichtestufenmatrix 33a und die zugehörige Fehlermatrix 33b entstehen und schließlich der Akkumulationsfehler 33c minimal ist.

[0033] Die Dichtewerte der Abtastmatrix 31 sind z. B., wie oben beschrieben, in 256 Dichtestufen erfaßt worden und nun können beispielsweise je Abtastpunkt nur 16 Dichtestufen aufgezeichnet werden. Daraus lassen sich für jeden Abtastpunkt die reproduktionsseitige Dichtestufe D_R und der Absolutfehler F_A bestimmen (siehe Beschreibung zu Fig. 2), so daß die jeweilige Dichtestufe in eine Matrix 32a und der dazugehörige Absolutfehler in eine Matrix 32b übertragen werden können.

[0034] Als Summe aller Absolutfehler der Fehlermatrix entsteht der Akkumulationsfehler des Abtastbereiches 32c (5-1+0-3+0-4-3-1-5 = -12). Da er außerhalb des Bereiches {-7, -6, ... 7, 8} liegt, ist eine Korrektur durchführbar, wodurch die mittlere Dichte des Abtastbereiches richtig wiedergegeben wird, indem z. B. einer der Abtastpunkte eine andere als die oben berechnete Dichtestufe erhält.

[0035] Die Dichtestufe eines Abtastpunktes kann zu diesem Zweck z. B. um eine Stufe erhöht werden. Dadurch wird der zugehörige Absolutfehler um +16 vergrößert und mit ihm der Akkumulationsfehler des Abtastbereiches.

[0036] Damit weiterhin jeder Abtastpunkt mit möglichst kleinem Fehler übertragen werden kann, wählt man zweckmäßig einen Punkt mit möglichst großem negativem Fehler (-5) zur Korrektur aus.

[0037] Die Korrektur kann auch mehrere Abtastpunkte (z. B. 3) betreffen, wenn der Akkumulationsfehler entsprechend groß (z. B. -43) ist.

[0038] Durch die Korrektur entstehen die Dichtestufenmatrix 33a, die zugehörige Fehlermatrix 33b und der Akkumulationsfehler 33c.

[0039] Figur 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel, wobei die anhand von Figur 3 beschriebene Korrektur in zwei Stufen ausgeführt wird. Die Dichtewerte eines beispielhaften Abtastbereiches sind in einer Matrix 41 zusammengefaßt.

[0040] Daraus sind, wie oben beschrieben, die reproduktionsseitigen Dichtestufen berechnet und in der Matrix 42a zusammengestellt, die Matrix 42b enthält die jeweiligen Absolutfehler. In der Matrix 42c sind die Akkumulationsfehler von jeweils vier Abtastpunkten enthalten (z. B. 5+4+7+0 = L6).

[0041] Das Korrekturverfahren ist bereits in Figur 3 beschrieben worden. Durch seine Anwendung entstehen im gewählten Beispiel die Matrizen 43 a-d, wobei in 43a die korrigierte Dichtestufenmatrix entstanden ist, in 43b die zugehörige Fehlermatrix, in 43c die Akkumulationsfehlermatrix, in 43d schließlich der Akkumulationsfehler des Abtastbereiches. _Da dieser innerhalb des Bereiches f-7, -6, ... 7, 8) liegt, ist der zweite Korrekturschritt in diesem Fall nicht auszuführen. Die anhand der Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen zeichnen sich insbesondere durch ihren einfachen Grundaufbau aus.

[0042] Das erfindungsgemäße Filterverfahren ist darüber hinaus auch für mehrstufige und mehrdimensionale Korrektur anwendbar. Figur 5 zeigt ein Anwendungsbeispiel für vierstufige eindimensionale rastergebundene Korrektur. Figur 5a zeigt in tabellarischer Form die rauschbehafteten Abtastwerte, die ihrem eindimensionalen Charakter entsprechend als Vektor der Abtastwerte VA bezeichnet sind und z. B. Dichtewerte sein können, die entlang einer Abtastlinie aufgenommen wurden. Die zweite Zeile enthält den daraus berechneten Dichtestufenvektor VD und die dritte den Vektor der zugehörigen Digitalisierungsfehler VF. Die weiteren Zeilen enthalten die Vektoren der Akkumulationsfehler der einzelnen Stufen, die als VA1, VA2, VA3 und VA4 ihrer Stufenzahl entsprechend geordnet sind. Da der Akkumulationsfehler der 4. Stufe innerhalb des Bereiches T-7, -6, ... 7, 8) liegt, ist er nicht weiter korrigierbar. Die Akkumulationsfehler der dritten Stufe dagegen können verkleinert werden, da sie verschiedene Vorzeichen haben, korrigierbar groß sind und entsprechend der hierarchischen Struktur der Akkumulationsfehlerbildung benachbart sind. Die Korrektur ist in Figur 5b ausgeführt, wobei Stufe für Stufe entsprechend der Stufenhierarchie zur Fehlerkorrektur durchlaufen wird und die Korrektur immer so ausgeführt wird, daß die verbleibenden Akkumulationsfehler der entsprechenden Stufe möglichst klein bleiben. Die Akkumulationsfehler der zweiten Stufe können im vorliegenden Fall nicht weiter verkleinert werden, weil der Akkumulationsfehler +9 der 2. Stufe dem Akkumulationsfehler +5 der 3. Stufe zugeordnet ist, der Akkumulationsfehler -11 der 2. Stufe ist dagegen dem Akkumulationsfehler -11 der 3. Stufe zugeordnet. Daher würde ihre Korrektur das Anwachsen der zugehörigen Akkumulationsfehler der 3. Stufe verursachen.

[0043] Figur 6 zeigt ein Anwendungsbeispiel für die einstufige dreidimensionale Korrektur, die z. B. zur Filterung für holographische Bilder anwendbar ist. Aus den Daten der Abtastmatrix 61 sind die Digitalstufenmatrix 62 und Fehlermatrix 63 punktweise berechnet. Der Akkumulationsfehler des Volumenelementes 4 führt zu einer Korrektur an zwei Elementen. Die korrigierte Digitalstufenmatrix 65 und Fehlermatrix 66 verursachen jetzt lediglich den Akkumulationsfehler +8, der nicht weiter korrigierbar ist, in 67.

[0044] Bei der Ausführung des Korrekturverfahrens in einem Digitalrechner wird die Korrektur normalerweise, wie in Fig. 5 dargestellt, durchgeführt, wobei sich bei mehrdimensionaler Korrektur andere, der Anordnung der Elemente im Rechnerzyklus entsprechende Hierarchiestrukturen ergeben. Das Filterverfahren ist deshalb grundsätzlich zur beliebig vielstufigen und beliebig dimensionalen Filterung anwendbar.

[0045] Die anhand der Figuren 3, 4, 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Filterverfahrens sind an ein vorgegebenes Aufzeichnungsraster gekoppelt und haben daher noch den Nachteil, daß die Fehlerkorrektur sich immer auf einzelne Bildpunkte auswirkt und der Fehler an den zur Korrektur ausgewählten Bildpunkten geringfügig vergrößert werden muß, um das Akkumulieren von Digitalisierungsfehlern zu verhindern.

[0046] Dieser Nachteil kann jedoch vermieden werden, wenn die Hierarchiestrukturen zur Korrektur nicht fest vorgegeben sind. Als Kriterium zur Ableitung der Hierarchiestruktur aus den zu verarbeitenden Daten kann z. B. deren Signalpegel - bei Bilddaten i. A. deren Dichtestufe - dienen. Daher ist es möglich, das erfindungsgemäße Filterverfahren weitgehend an die zu verarbeitenden Daten anzupassen. Das Anpassen der Hierarchiestruktur an die Bilddaten gewährleistet beispielsweise, daß kleinste Signalunterschiede zwischen den Bildpunkten erhalten bleiben, so daß auch Feinstrukturen, die sich über nur wenige Bildpunkte erstrecken, entsprechend der gewünschten Aufzeichnungsgenauigkeit abgebildet werden können.

[0047] Die im folgenden aufgeführten Ausbildungsformen des erfindungsgemäßen Filterverfahrens eignen sich in besonderem Maß zur Wiedergabe von mindestens zweidimensionalen Bilddaten, z. B. im Druckprozeß.

[0048] Anhand von Figur 7 wird eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erklärt, wobei die Korrektur nicht mehr für einzelne Abtastpunkte, sondern für Flächenelemente, bestehend aus benachbarten Abtastpunkten, durchgeführt ist.

[0049] Die Hierarchiestruktur entspricht im aufgeführten Beispiel in ihrer ersten Stufe den Flächenelementen und in ihrer zweiten Stufe dem vorliegenden Abtastbereich. Die Digitalstufen der Flächenelemente beziehen sich nicht mehr auf Matrixelemente; man muß sie jetzt allgemeiner z. B. als Feldelemente bezeichnen.

[0050] Zunächst sind wiederum aus der Matrix der Abtastwerte 71 die Dichtestufenmatrix 72a und die Fehlermatrix 72b entstanden. In Feld 72c ist eine beispielhafte Zusammenfassung mehrerer Abtastpunkte zu Flächenelementen gezeigt, wobei ein Abtastpunkt dann mit einem oder mehreren ihm benachbarten zusammengefaßt ist, wenn entweder der Absolutfehler mindestens eines dieser Punkte größer als 4 bzw. kleiner als -4 ist und durch die Zusammenfassung ein Akkumulationsfehler entsteht, der korrigierbar ist, d. h. außerhalb des Bereiches -7, -6, ... 7, 8 liegt, oder wenn die Absolutfehler der benachbarten Punkte kleiner als 4 bzw. größer als -4 sind und durch Zusammenfassung der Akkumulationsfehler möglichst nahe 0 wird.

[0051] Durch diese Zusammenfassung werden Konturstücke aus den Abtastsignalen ausgefiltert, die jetzt trotz ihrer digitalen Reproduktion gegenüber den Abtastsignalen jeweils nur höchstens einen _Digitalisierungsfehler, z. B. ⁺ « sehr kleiner druckbarer Punkt, aufweisen.

[0052] So ergibt sich z. B. für das erste ermittelte Flächenelement, das aus 3 Abtastpunkten mit den Fehlern 5, 4, 7 zusammengesetzt ist, der Akkumulationsfehler 16, der gut korrigiert werden kann, wenn auf der Fläche der entsprechenden Abtastpunkte statt der berechneten 9 + 9 + 9 = 27 Punkte nur 26 Punkte gedruckt werden. Das Korrekturverfahren selbst ist daher gegenüber dem vorher aufgeführten unverändert.

[0053] Da die Korrektur allerdings nicht wie bisher für einzelne Abtastpunkte, sondern für die ermittelten Flächenelemente durchgeführt wird, muß in diesem Fall der Aufzeichnungsrechner, der sich gemäß Fig. 1 an den erfindungsgemäßen Dichtestufenrechner anschließt, in der Lage sein, die berechnete Anzahl druckender Punkte über mehrere Abtastpunkte zu verteilen (z. B. wie in der PCT-OS WO 81/00466, wobei die Flächenelemente den "Flächenstücken konstanter mittlerer Dichte" entsprechen).

[0054] Die Korrekturen der ersten Stufe sind in 73a ausgeführt. 73b zeigt die zugehörigen Akkumulationsfehler der ersten Stufe und daraus ergibt sich in nun bekannter Weise der Akkumulationsfehler der 2. Stufe 73c, der im gewählten Beispiel zu einem weiteren Korrekturschritt führt, so daß die Fehler 74 a-c entstehen. In einem zusätzlichen Verarbeitungsschritt kann aus Feld 74a auch Feld 75 gebildet werden, indem benachbarte Flächenelemente, die dieselbe Dichtestufe aufweisen, nochmals zusammengefaßt sind.

[0055] Figur 8 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung, die gegenüber Figur 2 einen zusätzlichen Eingangsspeicher 81 enthält, in dem die Abtastsignale während der Filterung der Daten des jeweiligen Abtastbereiches erhalten bleiben. Von dort gelangen sie in den Digitalumformer 82 sowie in den Dichtestufenspeicher 83 und den Fehlerspeicher 84. Der Korrekturrechner 85 berechnet nun direkt aus den Daten des Eingangsspeichers 81 statt wie zuvor aus den Daten der Fehlermatrix die gewünschten Konturstücke, deren Dichtestufen dann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Einbeziehung von Dichtestufenmatrix und Fehlermatrix korrigiert werden können.

[0056] Figur 9 zeigt ein Anwendungsbeispiel, bei dem aus der Matrix der Abtastwerte 91 die den Abtastwerten nächstliegenden Digitalstufen berechnet und in der Dichtestufenmatrix 92a zusammengefaßt sind, wobei gleichzeitig die Fehlermatrix 92b gebildet wurde. 92c zeigt die den Konturstücken entsprechende Zusammenfassung von Abtastpunkten mit dem zugehörigen Akkumulationsfehler. Durch die entsprechenden Korrekturen entstehen daraus das Dichtestufenfeld 93a und das Akkumulationsfehlerfeld 93b und schließlich der Akkumulationsfehler 93c des Abtastbereiches.

[0057] Die Berechnung der Dichtestufen und der Absolutfehler ist bereits in der Beschreibung zu Fig. 2 gezeigt. Die Zusammenfassung von Abtastpunkten zu Konturstücken in 92c ist dadurch erfolgt, daß die dem Abtastpunkt (z. B. der mit dem Abtastwert 139 in 71) benachbarten dann mit ihm zusammengefaßt wurden, wenn ihre Abtastwerte sich um nicht mehr als einen vorgegebenen Streubereich (z.B. ±4) von dem des Abtastpunktes unterschieden, wobei die Zusammenfassung abgebrochen wurde, bevor der zugehörige Summenfehler größer als +16 bzw. kleiner als -16 wurde und wobei Abtastpunkte, die ohne Fehler (Absolutfehler 0) reproduzierbar waren, nicht zur Zusammenfassung benutzt wurden.

[0058] Die Akkumulationsfehler führen zur Korrektur der Dichtestufe jedes Konturstückes in 93a, was bereits in der Beschreibung zu Fig. 7 erklärt ist. In 93b ist das zugehörige Akkumulationsfehlerfeld dargestellt, aus welchem der Akkumulationsfehler 93c der zweiten Stufe entsteht.

[0059] Zur Zusammenfassung von Abtastpunkten zu Konturstücken können natürlich auch andere Grenzen herangezogen werden, z. B. Streubereich ±2, Summenfehler ^f32, oder die Grenzen "dynamisiert" werden, z.B. für zwei benachbarte Abtastpunkte maximaler Streubereich -8, für drei und vier benachbarte dann ^±16, für fünf bis acht benachbarte ^±24 usw. Diese Grenzen können insbesondere auch an jede einzelne Vorlage angepaßt werden, falls dieses z.B. aus ästhetischen oder wirtschaftlichen Gründen erwünscht ist.

[0060] In gleicher Weise kann die Ableitung der zur Korrektur erforderlichen Hierarchiestruktur variiert und jeder Vorlage angepaßt werden. Die Hierarchiestruktur kann beispielsweise auch in der ersten Stufe fest vorgegeben sein, wie in Fig. 4 gezeigt, und in der zweiten Stufe aus den Akkumulationsfehlern der ersten Stufe berechnet werden. Die "Dynamisierung" der Hierarchiestruktur ist ebenfalls möglich, indem z. B. die zur jeweiligen Akkumulationsfehlerbildung benutzte Anzahl von Abtast- oder Fehlerdaten stufenweise geändert wird.

[0061] In Fig. 10 ist eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, die zusätzliche Speicher enthält, welche die für die Randzonen des Abtastbereiches zunächst berechneten Dichtestufen speichern können, damit diese nochmals in die Berechnung für die benachbarten Abtastbereiche mit einbezogen werden können. Ihre Akkumulationsfehler lassen sich durch Zusammenfassung mit Abtastpunkten der benachbarten Abtastbereiche gegebenenfalls weiter verkleinern. So kann z. B. der Zeilenrandspeicher 106 die jeweils untere(n) Zeile(n) des Abtastspeichers und der Spaltenrandspeicher 107 z. B. die jeweils rechte(n) Spalte(n) speichern. Dadurch ist sichergestellt, daß die Struktur der Abtastbereiche sich nicht störend bemerkbar machen kann.

[0062] Fig. 11 zeigt eine beispielhafte Möglichkeit zur Einordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung in den Reproduktionsprozeß, die gegenüber der in Fig. 1 beschriebenen den Vorteil hat, daß sie sehr einfach in den heute üblichen Prozeßablauf eingegliedert werden kann. Hierbei werden die bei der Abtastung 111 gewonnenen Dichtewerte zunächst in bekannter Weise bearbeitet (112), d. h. gefiltert und in der Gradation verändert, gegebenenfalls auch durch andere Bilddaten ergänzt und ersetzt, und nach ihrer Bearbeitung (z. B. in dem o. a. System CHROMACOM) gespeichert (113). Der Bilddatenspeicher 113 enthält in diesem Fall die Daten der zu reproduzierenden Vorlage (nach Retusche und Montage), so daß erst anschließend die Entscheidung zu , treffen ist, ob die Reproduktion nun in analoger Form, z. B. mit Hilfe eines Druckmusterspeichers 114, oder in digitaler Form, z. B. mit dem erfindungsgemäßen Digitalstufenfilter 115 und daran anschließend z. B. der aus PCT-OS W081/00466 bekannten Einrichtung 116, erfolgen soll, die hier als Aufzeichnungsrechner bezeichnet ist. Anschließend gelangen die Bilddaten zur Belichtungseinheit 117.

[0063] Die Bildoriginale haben in der Regel einen ihnen eigenen Farbcharakter, der subjektiv empfunden wird und dadurch entsteht, daß im Bildoriginal auftretende "Farbtöne" sich wechselseitig zu einem "Farbklang" ergänzen. Dieser Farbklang kann etwa als Ruhe oder als Dynamik oder als Spannung bezeichnet werden, und es ist häufig für die Reproduktion sehr wichtig,diese Eindrücke zu verstärken bzw. sie trotz des relativ geringen reproduzierbaren Farbraumes zu erhalten. Zu diesem Zweck können z. B. zwei Farbauszüge, deren Mischfarben einen ruhigen Verlauf eines Bildoriginals aufweisen, im herkömmlichen Reproduktionsverfahren hergestellt werden, während der dritte und eventuell ein vierter Farbauszug, deren Teilfarben für den Detailreichtum des Bildoriginals ausschlaggebend sind, im digitalen Reproduktionsverfahren entstehen können. Zugleich können die Rasterlinienzahlen der zuerst genannten Farbauszüge erhöht und ihre Winkelung im Bereich von 45° gewählt werden, so daß die Reproduktion nicht mehr als Rasterbild wahrgenommen werden kann.

[0064] Die Baugruppen 114, 115 und 116 können beispielsweise ein eigenständiges Teilsystem bilden. Die Baugruppen 114, 115 und 116 können auch mit der Belichtungseinheit 117 zusammengefaßt sein. Der Bilddatenspeicher 113 kann auch direkt mit der Belichtungseinheit verbunden sein oder mit den Baugruppen 114, 115 und 116 zusammengefaßt werden. Die Baugruppen 114, 115 und 116 können auch direkt mit dem Bildbearbeitungsplatz 112 verbunden sein oder darin integriert werden. Durch entsprechende Steuerbefehle vom Bildbearbeitungsplatz, die ein Operateur oder ein ihn unterstützendes Verarbeitungsprogramm geben können, ist in dieser beispielhaften Anordnung sogar innerhalb eines Farbauszuges das Reproduktionsverfahren zwischen herkömmlich und digital beliebig umschaltbar.

[0065] Fig. 12 zeigt das Blockschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung. Das Eingangssignal E wird im Digitalumformer 31 in das Nutzsignal N und das Fehlersignal F aufgeteilt. Die Auflösung des Nutzsignals ist durch die Steuersignale S₁ und S₂ bestimmt.

[0066] Nutz- und Fehlersignal werden an die Zwischenspeichereinrichtungen 32 xy übergeben, wobei die Übergabe mittels des Taktsignals T_v gesteuert ist. Die beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung weist Zwischenspeichereinrichtungen für das Nutzsignal 32 Ny und Zwischenspeichereinrichtungen für das Fehlersignal 32 Fy auf und umfaßt vier Verarbeitungsschritte A, B, C und D mit den zugehörigen Zwischenspeichereinrichtungen 32 xA bis 32 xD. Die Zwischenspeichereinrichtungen 32 xy weisen Eingabemittel für die Korrektursignale K und K^- auf, welche die Anhebung bzw. die Absenkung des Nutz- und Fehlersignals bewirken. Der Betrag von Anhebung und Absenkung ist mit dem Steuersignal S₂ gekennzeichnet. Die Zwischenspeichereinrichtungen 32 Fy für die Fehlersignale sind mit den Korrekturrechnern 33 z verbunden, in welchen die Korrektursignale K und R^- gebildet werden.

[0067] Die Korrekturrechner 33 z werden durch die Taktsignale T₁ und T₂ gesteuert, wobei der Index 1 die untergeordnete und der Index 2 die übergeordnete Korrekturstufe charakterisiert. Dem Korrekturrechner 33 E werden die Fehlersignale F_A und F_B zugeführt, sie werden im Korrekturrechner aufsummiert, und das Summenfehlersignal F_AB wird an den Korrekturrechner 33 G weitergeleitet. Der Korrekturrechner 33 E weist außerdem Eingabemittel auf, um die Korrektursignale R⁺ und R^- vom Korrekturrechner 33 G zu verarbeiten. Das Summenfehlersignal F_AB wird zusätzlich im Korrekturrechner 33 E weiterverarbeitet, indem es mit einer oberen und mit einer unteren Fehlerschwelle verglichen wird, welche beide aus dem Steuersignal S₂ gebildet werden (vgl. spätere Fig. 17). Im Korrekturrechner 33 E werden aus den Fehlersignalen F_A und F_B, aus den Korrektursignalen R⁺ und R^- des Korrekturrechners 33 G und aus dem Steuersignal S₂ die Korrektursignale R⁺ und K^- für die Zwischenspeichereinrichtungen 32 xA und 32 xB berechnet. In gleicher Weise entstehen die entsprechenden Korrektursignale für die Zwischenspeichereinrichtungen 32 xC und 32 xD im Korrekturrechner 33 F.

[0068] Der Korrekturrechner 33 G unterscheidet sich von den vorgenannten Korrekturrechnern lediglich dadurch, daß erstens statt der Fehlersignale, z. B. F_A und F_B, die Summenfehlersignale F_AB und F_CD quasi als Teilsummen eingegeben werden und daß ihm zweitens kein weiterer Korrekturrechner übergeordnet ist, weshalb das aus F_AB und F_CD gebildete Summenfehlersignal F_ABCD nur intern benutzt und nicht weitergeleitet wird sowie umgekehrt kein Korrektursignal K⁺ und K^- eingegeben wird.

[0069] Das Ausgangssignal der beschriebenen beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist das solchermaßen gefilterte Nutzsignal N.

[0070] Fig. 13 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Digitalumformers 31 in Fig. 12.

[0071] Vom Eingangssignal E werden die Bits niederer Ordnung durch das Steuersignal S₁ mittels einer UND-Verknüpfung unterdrückt, so daß allein das Signal HO übrigbleibt. Im Steuersignal S₁ sind zu diesem Zweck die Bits hoher Ordnung, aus denen das Nutzsignal bestehen soll, mit L und die zur Korrektur benutzten Bits mit 0 gekennzeichnet. Im Steuersignal S₂ ist nur ein Bit mit L gekennzeichnet, welches im gewählten Beispiel dem niedrigsten Bit des Nutzsignals entspricht, während alle übrigen mit 0 gekennzeichnet sind. Aus der UND-Verknüpfung von Steuersignal S₂ und Eingangssignal E entsteht der Übertrag U. Das Nutzsignal N entsteht durch Addition des Übertrags Ü und des Signals HO.

[0072] Weiterhin werden vom Eingangssignal E die Bits niederer Ordnung durch das Steuersignal S₁ mittels einer NOR-Verknüpfung invertiert, so daß das Signal NO entsteht. Das Hilfssignal HS entsteht aus der UND-Verknüpfung des inversen logischen Übertragssignals ÜL mit dem Steuersignal S₁, so daß in ihm die Bits hoher Ordnung entsprechend dem Steuersignal S₁ z. B. dann mit L gekennzeichnet sind, wenn das Übertragssignal Ü kein einziges L enthält. Das inverse logische Hilfssignal ÜL entsteht aus dem Übertragssignal Ü mittels einer Mehrfach-NOR-Verknüpfung, eine weitere NOR-Verknüpfung führt zur Inversion von ÜL und ergibt ÜL. Durch Addition von Hilfssignal HS, dem logischen Übertragssignal ÜL und dem Signal NO wird das Fehlersignal F gebildet.

[0073] Das Fehlersignal F gibt an, um welchen Wert das Eingangssignal E durch das Abtrennen des Nutzsignals N verändert worden ist. Ein negatives Fehlersignal F wird durch die aufgeführte Schaltung beispielhaft im sogenannten Einer-Komplement dargestellt.

[0074] Fig. 14a zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Digitalumformers gemäß Fig. 13, wobei das Eingangssignal E und die beiden Steuersignale S₁ und S₂ jeweils 8 Bit aufweisen. Die hier und im folgenden aufgeführten integrierten Schaltkreise sind entnommen aus "The TTL Data Book for Design Engineers", Texas Instruments Europe, Fifth European Edition 1982. Sie sind im Fachhandel , erhältlich, ebenso sind Schaltkreise anderer Hersteller mit vergleichbaren Eigenschaften allgemein zugänglich.

[0075] Fig. 5a zeigt die Bildung des Nutzsignals N aus dem Eingangssignal E und den Steuersignalen S₁ und S₂. Hierbei sind die UND-Verknüpfungen, aus welchen das Signal HO entsteht (IC 41 a und b), ebenso wie die UND-Verknüpfungen, aus denen das Übertragssignal Ü gebildet wird (IC 42 a und b) aus jeweils zwei SN47LS08 aufgebaut. Als Addierer, in dem HO und Ü zum Nutzsignal N addiert werden (IC 43 a und b) dienen zwei SN74LS83A.

[0076] Die Berechnung des Fehlersignals F ist in Fig. 5b dargestellt. Das Invertieren der Bits niederer Ordnung NO vom Eingangssignal E mittels Steuersignal S₁ ist durch zwei SN75LS01 (IC 46 a und b) realisiert. Zur Bildung des Hilfssignals HS aus dem Steuersignal S1 und dem inversen logischen Übertragssignal ÜL dienen wieder zwei SN74LS08 (IC 45 a und b). Das inverse logische Übertragssignal ÜL wird in SN74LS40 (IC 44) aus den mittleren Bits des Übertragssignals Ü gebildet und invertiert zu ÜL. Die Addition von HS und NO erfolgt mittels zweier SN74LS83A (IC 47 a und b).

[0077] Ein Ausführungsbeispiel für die Zwischenspeichereinrichtung 32 in Fig. 12 mit Eingabemittel zur Korrektur ist in Fig. 15 dargestellt. Das Eingangssignal EZ der Zwischenspeichereinrichtung wird in dem ersten Speicherelement gespeichert und durch das Taktsignal T_V gesteuert weitergeleitet. Von dort gelangt es direkt zu dem Addierer, wo das Korrektursignal KW zum Eingangssignal EZ addiert wird. Vom Addierer gelangt die Summe SEK aus Eingangssignal und Korrekturwert zu dem zweiten Speicherelement und wird zusätzlich als Eingangssignal für den Korrekturrechner zur Verfügung gestellt. Durch das Taktsignal T_V wird das Summensignal SEK als Ausgangssignal AZ der zweiten Zwischenspeichereinrichtung weitergegeben. Beide Speichereinrichtungen weisen zusätzlich Eingabemittel zum Löschen des Speicherinhalts auf. Von dieser Möglichkeit wird in der angegebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung kein Gebrauch gemacht. Das Signal CL ist daher nicht weiterverbunden.

[0078] Der Korrekturwert KW wird aus dem Steuersignal 5₂ und den Korrektursignalen K und K^- berechnet. Zu diesem Zweck wird mittels einer ersten EXOR-Verknüpfung aus dem Steuersignal S₂ und dem Korrektursignal K^- das Hilfssteuersignal HK gebildet. Das Steuersignal S₂ wird daher invertiert, falls das Korrektursignal K^- gerade L ist, bzw. nicht invertiert, falls es 0 ist. Eine zweite EXOR-Verknüpfung zwischen den beiden Korrektursignalen K⁺ und K^- dient zur Überprüfung, ob eine Korrektur ausgeführt wird (K = L). Dies geschieht, wenn nur eines der beiden Korrektursignale L ist. Der Korrekturwert KW ergibt sich aus der UND-Verknüpfung zwischen dem Korrekturkontrollsignal K und dem Hilfssteuersignal HK.

[0079] In Fig. 16 ist ein beispielhafter Schaltungsaufbau für die Zwischenspeichereinrichtung gemäß Fig. 15 mit TTL-Schaltkreisen, die im Fachhandel erhältlich sind, ausgeführt. Als Speicherelement für das Eingangssignal und das Ausgangssignal dient jeweils ein SN54LS273 (IC 71 und _IC 73). Der Addierer, in dem das Signal SEK als Eingangssignal EZ und Korrekturwert KW gebildet wird, besteht aus zwei SN74LS83 (IC 72 a und b). Die EXOR-Verknüpfung von Steuersignal S₂ und Korrektursignal K^- erfolgt durch zwei SN74LS86 (IC 75 a und b), ein weiterer SN74LS86 (IC 74) dient zur EXOR-Verknüpfung der beiden Korrektursignale K^- und K⁺ sowie als Impedanzwandler. Die UND-Verknüpfung, bestehend aus zwei SN74LS08 (IC 76 a und b), dient zur Berechnung des Korrekturwertes KW aus dem Korrekturkontrollsignal K und dem Hilfssteuersignal HK.

[0080] Ein beispielhaftes Aufbau-Prinzip-Schaltbild der Korrektureinrichtung 33 in Fig. 12 ist in Fig. 17 dargestellt. Die Korrektureinrichtung ist in die Teile A, B und C untergliedert.

[0081] A: In Teil A wird berechnet, ob das Fehlersignal A das Fehlermaximum aufweist (AM = L) oder ob das Fehlersignal B größer ist (BM = L). Zu diesem Zweck werden die Fehlersignale FA und F_B in einem Komparator miteinander verglichen. Der Komparator zeigt an, ob das Fehlersignal A größer als das Fehlersignal B ist (_AG * _L), ob sie gleich sind (G = L) oder ob Fehlersignal B am größten ist (BG = L). Da die ausgeführten Schaltungsbeispiele zur Darstellung negativer Zahlen das sog. Einer-Komplement (siehe Fig. 13) benutzen, muß zusätzlich überprüft werden, ob das im Komparator berechnete Maximum auch das tatsächliche Maximum ist. Diese Überprüfung kann z. B. dadurch geschehen, daß zunächst mittels einer EXOR-Verknüpfung von den Vorzeichenbits der beiden Fehlersignale F_A und F_B bestimmt wird, ob die Vorzeichen gleich sind (VG = L) oder ob sie verschieden sind (VV = L), und daß anschließend mit UND- und ODER-Verknüpfungen, die in der Abbildung nur symbolisch dargestellt sind, die tatsächlichen Maxima berechnet werden. So wird das Fehlersignal A als Maximum mit AM = L gekennzeichnet, wenn entweder AG oder G ein L aufweisen und VG ebenfalls L ist oder wenn BG und VV ein L aufweisen. Umgekehrt ist das Fehlersignal B größer und wird mit BM = L gekennzeichnet, wenn entweder AG oder G und VV oder BG und VG den Pegel L haben.

[0082] : In Teil B wird zunächst das Summenfehlersignal F_AB gebildet und anschließend überprüft, ob es die obere Schwelle überschreitet (SO = _L) und ob es die untere Schwelle unterschreitet (SU = L).

[0083] Das Summenfehlersignal F_AB wird nicht nur intern benutzt, sondern auch als ein Ausgangssignal des Korrekturrechners zur Verfügung gestellt, so daß es in einen Korrekturrechner höherer Ordnung als Eingangs-FehlerSignal eingegeben werden kann.

[0084] Das Steuersignal S₂ dient direkt als oberes Schwellensignal, durch seine Inversion entsteht das untere Schwellensignal S₂. Das Summenfehlersignal wird in dem einen Komparator mit dem oberen Schwellensignal S₂ und in dem anderen Komparator mit dem unteren Schwellensignal S₂ verglichen. Bedingt durch die o. e. Darstellung der negativen Zahlen im Einer-Komplement müssen abschließend noch die Bedingungen für das Überschreiten der Schwellensignale unter Berücksichtigung des Vorzeichens des Summenfehlersignals überprüft werden. Dies ist mittels mehrerer NOR-Verknüpfungen möglich. Die obere Schwelle ist z. B. dann überschritten (SO = L), wenn das Vorzeichen des Summenfehlersignals nicht negativ ist und das Summenfehlersignal in den Komparatoren weder kleiner als das obere Schwellensignal noch kleiner als das untere Schwellensignal beurteilt wird. Bei Überschreiten des unteren Schwellensignals wird unter den entsprechenden Bedingungen SU = L.

[0085] Teil C dient zur Berechnung der Korrektursignale K und R^- für die zugehörigen Zwischenspeichereinrichtungen, z. B. 32 NA und 32 FA sowie 32 NB und 32 FB in Fig. 12. Dies erfolgt, indem zunächst mittels einer UND-Verknüpfung von den Schwellensignalen SO und SU mit dem Taktsignal T₁ die Schwellensignale SOT und SUT unterdrückt werden, wenn kein Taktsignal (T1 = 0) anliegt. Andernfalls (T₁ = L) werden diese an die folgenden ODER-Verknüpfungen weitergegeben, so daß SOT = SO und SUT = SU ist. Die ODER-Verknüpfungen dienen zum Berücksichtigen beider Möglichkeiten (T₁ = 0 und T₁ = L), wobei die Korrektursignale K⁺_AB und K^-_AB von einem übergeordneten Korrekturelement eingegeben werden können und dadurch die Signale SOT und SUT ersetzen, falls diese unterdrückt sind (T₁ = 0). Das Signal KP ist L, wenn eine Korrektur im positiven Sinn erfolgen soll. Dementsprechend ist KN = L, wenn die Korrektur im negativen Sinn erfolgt. Mittels weiterer UND-Verknüpfungen werden aus den Signalen KP und KN sowie aus den Signalen AM und BM die Korrektursignale, z. B. Kund K^- für die Zwischenspeichereinrichtungen 32 NA und 32 FA sowie die entsprechenden K⁺ und K^- für die Zwischenspeichereinrichtungen 32 NB und 32 FB, berechnet. So wird z. B. für die Baugruppen 32 NB und 32 FB das Korrektursignal K^- = L, wenn KN und AM ein L aufweisen.

[0086] In Fig. 18 ist der Teil A des Korrekturrechners gemäß Fig. 17 beispielhaft ausgeführt. Der Komparator (IC 96 a und b) zum Vergleich der Fehlersignale F_A und F_B besteht aus zwei SN74LS85. Die Signale VG und VV des Vorzeichenvergleichs werden mittels zweier EXOR-Gatter von SN74LS86 (IC 97) erzeugt, die übrigen TTL-Schaltkreise weisen die UND-Gatter SN74LS08 (IC 98) und die ODER-Gatter SN74LS32 (IC 99) auf, mittels welchen die Signale AM und BM entsprechend den zuvor beschriebenen Gleichungen berechnet werden.

[0087] Teil B des Korrekturrechners gemäß Fig. 17 ist in Fig. 18 beispielhaft ausgeführt. Die Fehlersignale F_A und F_B werden mittels zweier SN74LS83 addiert (IC 91 a und b), der Summenfehler F_AB wird an die beiden Komparatoren übergeben und als Ausgangssignal für übergeordnete Korrekturrechner zur Verfügung gestellt. Die beiden Komparatoren (IC 92 a und b sowie IC 93 a und b) bestehen aus je zwei SN74LS85. Das Invertieren (IC 95) des Steuersignals S₂ geschieht mittels des TTL-Schaltkreises SN74LS04. Die Bedingungen für das Überschreiten der oberen und der unteren Fehlerschwelle werden in SN74LS27 (IC 94) überprüft, von welchem die Signale SO und SU für den Teil C dieses Korrekturrechners zur Verfügung gestellt werden.

[0088] Fig. 20 zeigt schließlich die beispielhafte Ausführung von Teil C des Korrekturrechners gemäß Fig. 17.

[0089] Die Signale SU und SO von Teil B des Korrekturrechners werden in SN74LS08 (IC 40) mit dem Taktsignal T₁ verknüpft, wodurch die Signale SUT und SOT entstehen. Diese sind in SN74LS32 (IC 41) mit den Korrektursignalen K^-_AB und K⁺_AB, die von einem übergeordneten Korrekturrechner, falls dieser existiert, entnommen worden, so daß die Signale KN und KP entstehen. Diese sind in dem abschließenden SN74LS08 (IC 42) mit den Signalen AM und BM verknüpft, und dadurch erhält man als Ausgangssignal von Teil C des Korrekturrechners die Korrektursignale K und K^- für die Verarbeitungsstufen A und B.

[0090] Fig. 21 zeigt ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung. Ein beispielhaftes Eingangssignal mit 8 bit-Abstufung würde bei Abtrennung der vier niederwertigen Bits das oben rechts dargestellte Nutzsignal ohne Filterung ergeben. Dieses Nutzsignal weicht infolge der nun recht groben Signalabstufung, die für das Nutzsignal lediglich 4 Bit beträgt, ganz erheblich vom Eingangssignal ab, so daß insbesondere der Übergangsbereich zwischen den Digitalstufen des Nutzsignals vollständig verschwindet. Dieser unbefriedigende Zustand könnte nur dann gemildert werden, wenn das Eingangssignal so stark verrauscht wäre, daß das Nutzsignal in dem angesprochenen Übergangsbereich zufällig von der einen zur anderen Digitalstufe springen würde, wodurch eine Pulsfrequenzmodulation entstehen würde.

[0091] Das erfindungsgemäße Filterverfahren führt zu der gewünsch-, ten Pulsfrequenzmodulation in dem angesprochenen Übergangsbereich und zeichnet sich dadurch aus, daß diese Pulsfrequenzmodulation unabhängig vom Rauschanteil des Eingangssignals erzeugt wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist in ihrer beispielhaften Ausführungsform gemäß Fig. J2 die Takteingänge T_v, T₁ und T₂ auf. Durch das Taktsignal T wird die Übernahme und Weitergabe von Nutz- und Fehlersignalen in den Zwischenspeichereinrichtungen 32 xy gesteuert, das Taktsignal T1 ist der untergeordneten und T₂ der übergeordneten Korrekturstufe zugeordnet. Da die Taktsignale von außen in die erfindungsgemäße Einrichtung eingegeben werden, ist die Filterwirkung dieser Einrichtung per Taktschema steuerbar. Die Filterwirkung ist für beispielhafte Taktschemata A, B und C dargestellt.

[0092] In Taktschema A wird nach der Übernahme der Nutz- und Fehlersignale durch das Taktsignal T_v zunächst die Filterung durch die untergeordnete Korrekturstufe mit T₁ und anschließend die Filterung durch die übergeordnete Korrekturstufe mit T₂ ausgeführt. Durch das folgende Taktsignal T_v wird zum einen das nunmehr gefilterte Nutzsignal N der letzten Zwischenspeichereinrichtung (32 ND in Fig. 3) weitergeleitet, zum anderen wird auch das nächste Nutzsignal N und das zugehörige Fehlersignal F in die ersten Zwischenspeichereinrichtungen 32 xA eingelesen, die übrigen Nutz- und Fehlersignale werden nur intern verschoben. Das Taktschema A bewirkt somit eine Filterung, wobei die Signale "einzeln durch die Filterkette geschoben" werden.

[0093] In Taktschema B ist demgegenüber jeder zweite Korrekturvorgang, bestehend aus T₁ und T₂, eingespart, wodurch die Signale in Blöcken von jeweils 2 Signalen gefiltert werden. Durch das Einsparen von Korrekturvorgängen werden folglich nicht die einzelnen Signalwerte, sondern Blöcke von Signalwerten gefiltert. Die Länge dieser Blöcke ist durch das Taktsignal T_v steuerbar.

[0094] In Taktschema C ist schließlich jeweils der Korrekturschritt der untergeordneten Korrekturstufe eingespart. Dadurch werden die Signale einzeln durchgeschoben, wobei das erfindungsgemäße Filterverfahren hier jeweils auf Gruppen von vier Signalwerten angewandt wird (gegenüber zwei Signalwerten in Taktschema A).

[0095] Die Taktsignale T_v, T₁, und T₂ können auch in anderer Form kombiniert werden. So würde z. B. die Taktreihenfolge T_v, T_v, T₂ bewirken, daß die Filterung auf jeweils vier Signalwerte angewandt wird, wobei die Verarbeitung in Blöcken von zwei Signalwerten erfolgen würde.

[0096] Die beste Filterwirkung wird mit Taktschema A erzielt, während die übrigen Filterschemata eine beschleunigte Verarbeitung ermöglichen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Minimieren von Fehlern bei der digitalen Verarbeitung elektrischer Signale, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitales Eingangssignal in ein digitales Nutzsignal niedrigerer Auflösung als das Eingangssignal und in ein digitales Fehlersignal niedrigerer Auflösung als das Eingangssignal, welches die Abweichung des Nutzsignals vom Eingangssignal wiedergibt, zerlegt wird,
daß geprüft wird, ob der Summenfehler von mehreren aufeinanderfolgenden Nutzsignalwerten jeweils einen vorgegebenen oberen oder unteren Schwellwert überschreitet,
daß im Falle, daß ein Schwellwert überschritten wird, derjenige Fehlerwert des Nutzsignals ermittelt wird, der diesem Schwellwert am nächsten kommt und daß das Nutzsignal und das Fehlersignal dieses Signalwertes derart korrigiert werden, daß der Summenfehler wieder den Schwellwert unterschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle, daß bei der Korrektur die Schwelle nicht unterschritten wird, nochmals derjenige Fehlerwert des Nutzsignals ermittelt wird, der der überschrittenen Schwelle am nächsten kommt, und daß das Nutzsignal und das Fehlersignal dieses Signalwertes derart korrigiert werden, daß der Summenfehler wieder den Schwellwert unterschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Summenfehler von Untergruppen mit jeweils mehreren aufeinanderfolgenden Nutzsignalwerten gebildet werden und gegebenenfalls innerhalb jeder Untergruppe die jeweiligen Korrekturen ausgeführt werden und daß danach der Gesamtfehler aus der Summe der verbleibenden Restsummenfehler der Untergruppe gebildet und gegebenenfalls eine oder mehrere Korrekturschritte eingeleitet werden, so daß auch der Gesamtfehler den Schwellwert nicht mehr überschreitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturverfahren zunächst auf die untergeordnetste Untergruppe, und dann immer jeweils auf die nächst höher geordnete Untergruppe und zuletzt auf die übergeordnete Gruppe angewandt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der Gesamtfehler der übergeordneten, in Untergruppen unterteilten Gruppe von Nutzsignalwerten ermittelt wird, und daß, wenn der Gesamtfehler einen Schwellwert überschreitet, diejenige Untergruppe ermittelt wird, deren Summenfehler dieser Fehlerschwelle am nächsten kommt, und anschließend in der ermittelten Untergruppe derjenige Fehlerwert des Nutzsignals ermittelt wird, der diesem Schwellwert am nächsten kommt, und daß Nutzsignal und Fehlersignal dieses Signalwertes derart korrigiert werden, daß der Summenfehler der ermittelten Untergruppe dem Schwellwert nicht mehr nahe kommt und zugleich der Gesamtfehler der übergeordneten Gruppe den Schwellwert wieder unterschreitet.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es für ein vorgegebenes Aufzeichnungsraster angewandt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3 oder 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung der Gruppen und Untergruppen anhand der Signalwerte selbst und/oder anhand des Verarbeitungsrasters erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Untergruppen schrittweise dadurch entstehen, daß das Fehlersignal des ersten Signalwertes aus einer größeren Gruppe von Signalwerten gespeichert wird, daß das Fehlersignal eines benachbarten Signalwertes zu dem Speicherwert hinzuaddiert und das zugehörige Nutzsignal dieser Untergruppe zugeordnet werden, und daß gegebenenfalls weitere Signalwerte dieser Untergruppe zugeordnet werden, so daß schließlich der Speicherwert, der also dem Summenfehler dieser Untergruppe entspricht, eine vorgegebene Schwelle unterschreitet, wodurch diese Untergruppe dann vollständig ist und in derselben Weise die folgenden Untergruppen gebildet werden, bis alle Signalwerte der größeren Gruppe einer Untergruppe zugeordnet sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Untergruppen schrittweise dadurch entstehen, daß das Fehlersignal des ersten Signalwertes aus einer größeren Gruppe von Signalwerten gespeichert wird, daß überprüft wird, ob ein benachbarter Signalwert aus der größeren Gruppe etwa denselben Signalpegel-hat und in diesem Fall dann das Fehlersignal des benachbarten Signalwertes zu dem Speicherwert hinzuaddiert und das zugehörige Nutzsignal dieser Untergruppe zugeordnet werden, wogegen andernfalls dieser Signalwert später einer anderen Untergruppe zugeordnet wird, und daß das Ermitteln weiterer Signalwerte dieses Signalpegels dann abgebrochen wird, wenn der Speicherwert, der dem Summenfehler der Untergruppe entspricht, eine vorgegebene Schwelle unterschreitet, wodurch diese Untergruppe vollständig ist und in derselben Weise die folgenden Untergruppen gebildet werden, bis alle Signalwerte der größeren Gruppe einer Untergruppe zugeordnet sind.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Untergruppe aus nur einem Element besteht, wenn deren Fehlersignal bereits innerhalb der vorgegebenen Schwelle liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellpunkt für einzelne Punkte von dem Schwellwert für Untergruppen verschieden sein kann.

12. Verfahren nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerte in Abhängigkeit von der Größe der Untergruppe variiert werden.

13. Einrichtung zum Minimieren von Fehlern bei der digitalen Verarbeitung elektrischer Signale, dadurch gekennzeichnet, daß
eine mit dem digitalen Eingangssignal verbundene Signalauswerteschaltung, durch die das digitale Eingangssignal hoher Auflösung in ein Nutzsignal niedrigerer Auflösung als das Eingangssignal und in ein Fehlersignal niedrigerer Auflösung als das Eingangssignal aufgespalten wird, das die Abweichung des Nutzsignals vom Eingangssignal wiedergibt,
eine erste Zwischenspeichereinrichtung für das Nutzsignal, die mit der Auswerteschaltung verbunden ist und Eingabemittel aufweist, um das gespeicherte Nutzsignal mit einem Korrektursignal zu beaufschlagen, eine zweite Zwischenspeichereinheit für das Fehlersignal, die mit der Auswerteschaltung verbunden ist und die mit einem Addierwerk zur Ermittlung des Summenfehlers der in der zweiten Speichereinrichtung gespeicherten Fehlersignale sowie mit zwei mit dem Addierwerk verbundenen Schwellwertstufen, durch die der Summenfehler mit einem oberen und einem unteren Schwellwert verglichen wird, verbunden ist,
eine Extremwert-Erfassungsschaltung, die mit der zweiten Speichereinrichtung verbunden ist und die die Speicherplätze ermittelt, an denen die extremen Fehlersignale abgespeichert sind und
eine Schaltung, die entsprechend der überschrittenen Schwelle und dem zugehörigen Extremwert festgelegt, welches Element korrigiert wird und ob die Korrektur im positiven oder negativen Sinne erfolgt.

14. Einrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schaltungen zum Erfassen der Extremwerte und zum Festlegen der Korrektur von untergeordneten Gruppen verwandt werden, um den Aufbau komplexer Korrektur-Hierarchien zu erreichen.

15. Einrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturschritte mittels eines Taktsignals in jeder Schaltung zum Erfassen der Extremwerte und zum Festlegen der Korrektur lösbar sind.

16. Einrichtung gemäß Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine weitere Speichereinrichtung für die digitalen Eingangssignale und durch eine weitere Schwellwertstufe zum Vergleich der Signalpegel der Eingangssignale.

Zeichnung